Optimization of the swirl gas microbubble generator for a liquid mercury target vessel

水銀ターゲット容器のための旋回流型気泡発生装置の最適化

池田 翼; 粉川 広行  ; 直江 崇   ; 川村 駿介; 田中 伸厚*; 二川 正敏  

Ikeda, Tsubasa; Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Kawamura, Shunsuke; Tanaka, Nobuatsu*; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの中性子源水銀ターゲットでは、大強度の陽子線入射により圧力波が発生する。圧力波はキャビテーションを誘発し、キャビテーションは水銀を包含するステンレス鋼製の容器に激しい壊食損傷を形成する。中性子源の高出力での安定運転のためには、キャビテーション損傷を抑制することが重要である。圧力波を低減するための手法として、水銀中への気泡注入が有望であり、水銀中への微小気泡注入のために旋回流型の気泡発生装置が開発・実装されている。本研究では、気泡発生装置に対して圧力損失を抑えて気泡注入量を増加する最適化のために、旋回流形成羽根とベンチュリの絞り比の影響を調べた。その結果、気泡注入力は絞り比を低下させることで増加した。

In the mercury target of the pulsed spallation neutron source at J-PARC, pressure waves are generated by the high-intensity pulsed-proton beam bombardment, resulting in inducing cavitation. Because the cavitation causes severe erosion damages on the mercury enclosure vessel made of stainless steel, suppressing the pressure waves and the cavitation are crucial issues to realize stable target operations at rated proton beam power of 1 MW. Gas microbubbles injection into flowing mercury is one of the prospective techniques to suppress pressure waves. At the J-PARC, a swirl-flow bubble-generator has been developed to generate microbubbles and installed in the mercury target. In order to improve the performance of the pressure wave suppression by increasing the amount of microbubbles, effects of the vane angle and throttling ratio of the Venturi on the amount of microbubbles were parametrically investigated through water experiments. The experimental results showed that the amount of the microbubbles was increased with decreasing the throttling ratio of the Venturi.